Como sistema híbrido leve poderá resolver problemas dos carros brasileiros

Toda nova fase do Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores, o Proconve, provoca uma corrida no departamento de engenharia das fabricantes de automóveis. Ou fazem seus carros se enquadrarem nas novas normas de emissões, ou eles poderão ser forçados a sair de linha.

A próxima fase, chamada Proconve L8, começa na virada para 2025 e contempla a necessidade de maior confiabilidade do sistema de diagnóstico a bordo além de um controle mais rigoroso das emissões de poluentes que poderá exigir novas estratégias por parte dos fabricantes. Algumas podem, inclusive, melhorar o desempenho e o consumo dos carros.

A partir de 2025, níveis de emissões serão controlados por média corporativa, que contempla todos os modelos de uma marca e não apenas um único veículo. Se um carro de passeio precisava cumprir limite de emissões de 80 mg/km de Nmog + Nox; 140 mg/km para comerciais leves flex e 320 mg/km para utilitários a diesel, a partir de 2025 a média geral será de 50 mg/km para automóveis e 140 mg/km para comerciais leves flex e diesel.

Os carros ainda devem tornar-se capazes de avaliar o mau funcionamento dos sistemas de alimentação, emissões evaporativas, variação do tempo de válvulas e recirculação dos gases do cárter, além de ter um sensor de oxigênio que avalia o estado do catalisador. Os carros ainda contabilizarão o tempo de funcionamento do motor com luz espia de mau funcionamento do motor acesa e esse tempo não poderá ser apagado.

Enquanto carros a diesel deverão ter sistema SCR, carros a gasolina ou flex podem ter suas emissões controladas com novos mapas de funcionamento do motor, pelo menos na primeira fase do Proconve L8 (na segunda fase, em 2027, isso ficará mais difícil). Essa mudança pode acabar alterando o desempenho do carro. Na verdade, isso foi ainda mais notável no Proconve L7 e se tornou um dos problemas dos carros mais recentes.

Problema 1: tempo de resposta do acelerador

Para se enquadrarem nas regras do Proconve L7, muitos carros tiveram a resposta do acelerador limitada para controlar melhor a queima do combustível, especialmente quando com gasolina, dando a sensação de que falta força no carro nas arrancadas. Nesse ponto, os sistemas híbridos leves poderão melhorar o comportamento do carro.

O sistema híbrido leve (MHEV) usa um motor elétrico para dar suporte ao motor a combustão nas arrancadas ou em velocidade constante. Pode ser um motor independente, até mesmo instalado junto ao cambio do carro, ou mesmo substituir o alternador do carro – o componente passa a atuar como um motor-gerador (ou BSG, de “belt starter generator), mas continua ligado ao virabrequim do motor por uma correia.

A ajuda do motor elétrico depende da tensão usada. Os MHEV da Fiat, que serão lançados ainda em 2024, usarão sistema de 12V com um motor-gerador com o equivalente a 4 cv agregado ao motor. Já os MHEV da Caoa Chery são 48V e seu BSG gera 10 cv e 4,1 kgfm de impulso extra para auxiliar o motor a combustão.

Um exemplo da capacidade dos MHEV mais recentes é o Peugeot 3008 Hybrid vendido na Europa, cujo motor elétrico de 48V é agregado ao câmbio de dupla embreagem e gera 28 cv e 5,5 kgfm. Esse motor pode, inclusive, mover o carro em baixíssima velocidade sozinho, mas por pouco tempo porque sua bateria tem menos de 1 kWh. Por isso, este sistema é chamado de MHEV+.

Este, aliás, será o conjunto chamado Bio-Hybrid e-DCT, que será usado nos Jeep Renegade, Jeep Compass e Fiat Toro no futuro.

O propósito dos híbridos leves é poupar ao máximo o esforço (e o consumo) dos motores a combustão. Isso também diz respeito a uma otimização do sistema start-stop. Além de desligar o motor apenas quando o carro para, mesmo um sistema híbrido leve de 12V é capaz de permitir que o motor desligue em desacelerações abaixo dos 22 km/h. É o que faz, por exemplo, os atuais Audi A5 2.0 quattro vendidos no Brasil.

Durante essas desacelerações, o BSG atua como um gerador e recarrega a bateria. Mesmo os carros MHEV 12V têm uma bateria extra, de lítio e com capacidade para entrega de energia e recarga maior do que uma bateria de 12V convencional, de chumbo. Pelas imagens divulgadas pela Stellantis, nos Fiat essa bateria será instalada sob o banco do motorista.

Problema 2: emissões na fase fria do motor

Antigamente esperava-se o motor esquentar após a partida, para chegar à temperatura ideal de funcionamento. Depois, os carros flex trocaram o tanquinho de partida a frio pelo aquecimento nos bicos injetores. O próximo passo será o pré-aquecimento do sistema de escape do carro.

Bem, não o escape todo. Acontece que para o catalisador funcionar perfeitamente precisa estar a temperaturas entre 250°C e 800°C, o que pode demorar até 2 minutos para acontecer. Quanto mais rápido sair da fase fria catalítica, melhor, pois é o calor que ativa seus metais nobres (especialmente a platina) para neutralizar monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos não queimados (HC) e óxidos de nitrogênio (NOx), transformando-os em dióxido de carbono (CO2), água (H2O) e nitrogênio (N2).

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Esse é um dos desafios a partir de agora: controlar as emissões NMOG (Gases Orgânicos Não Metânicos), que incluem etanol e aldeídos, além de NMHC (Hidrocarbonetos Não Metânicos), agravado pelo uso de etanol como combustível, desde o momento em que o motor liga.

A solução? O pré-aquecimento do catalisador com o sistema EHC (Catalisador Aquecido Eletricamente). Haverá uma resistência para pré-aquecer os gases de escape antes de chegarem ao núcleo do catalisador.

Alguns fabricantes pretendem contornar isso fazendo uma gestão específica do sistema de injeção do motor na fase fria e com o uso de mais metais nobres. Contudo, o pré-aquecimento pode ser mais rápido e eficiente. A Stellantis, que utilizará o EHC nos Fiat Pulse e Fastback MHEV, chamados de Bio-Hybrid, promete uma redução de emissões de até 90% nesta condição.

Como a resistência elétrica necessária para esse aquecimento aumenta o consumo de energia, o sistema híbrido leve é providencial: além de ter maior reserva de energia, permite a recarga mais rápida e já tem uma gestão de energia capaz de lidar com toda a demanda do carro.

O pré-aquecimento do catalisador não é inédito. Muitos carros híbridos utilizam o sistema para lidar com situações em que o motor a combustão é pouco utilizado sem comprometer a eficiência do catalisador.